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50年后化石能源将会用完?为什么我们不需要担心

在中国发展高层论坛2021年会上,南科大校长、中科院薛其坤院士告诉大家:“今天面临一个很严峻的问题,50年后化石能源就会用完”。尽管类似的说法在许多年前就有人提出,但薛院士无疑再一次给大家敲响警钟:我们不能向这个地球无度索取能源了,应该抬起头来将目光转向太阳,大力发展太阳能和其它替代能源,否则未来我们的子孙将面临无石油可用的窘境。

薛其坤院士

然而人类真的能在半个世纪之内抽空地球,将所有化石能源吸干榨尽?这个问题倒是值得说道说道。

通常我们将石油、煤炭、天然气以及天然气水合物(可燃冰)统称为化石能源,因为它们大多是由动植物历经几百万甚至上亿年长时期演变形成的。

人类开采化石能源最主要是希望索取其中的碳,所有化石能源都是以碳原子为骨架组成的各种高分子化合物。碳通过与氧气发生化学反应会产生热,我们利用化学热能推动机器、生产电,做许多事情,或者直接拿来取暖。

海上油井正在烧掉伴生气

化石能源是地球上一开始就有的吗?当然不是。

碳最开始形成于恒星的中心,超新星爆发的过程中制造了太阳系中绝大多数的重元素,其中也包括碳。但是这些碳极少以单质形态出现,它们非常容易与氧结合生成碳氧化合物,也有一些会形成甲烷。所以在地球刚形成时并没有石油或者煤炭,几乎所有的碳都以二氧化碳或一氧化碳的形式存在于岩石缝隙里,后来地球越来越热,二氧化碳气体随着火山喷射到空气中。

最初的碳由火山喷出

在30多亿年前,地球大气中充满了二氧化碳,几乎没有氧气。一部分二氧化碳溶于水形成碳酸,再跟其它元素反应形成碳酸盐,剩下的二氧化碳作为温室气体使地球保持温暖,这为生命的出现创造了条件。地球上最开始出现的是单细胞生物,它们是各种藻类,其中有一种叫蓝藻的细菌。蓝藻吸收二氧化碳,再通过阳光的光合作用将碳转化为碳水化合物固定在体内,同时向外排放氧气。别看蓝藻小,当时地球的海洋和陆地湖泊里到处都是,通过几十亿年的不懈努力,硬是把空气中1.5亿亿吨碳给清除干净。这些碳都去了哪里呢?它们大多变成了我们今天的石油和天然气。

蓝藻细菌形成链状

在早期的空气和水里,氧气含量非常少,微生物死亡后大多不会腐烂,它们的尸骸与砂石混杂一批批沉入水底。在数千万年的漫长时间里,微生物在水下的沉积能达到几十甚至数百米厚,然后又被更厚的泥土掩埋。微生物体内的有机碳在地壳深处高温高压作用下慢慢变成黑色干酪一样的油母质,当温度保持在50~150℃,这些有机碳会变成石油,温度进一步升高到200℃左右,它就可能进一步转化为天然气。

油页岩与石油

与石油不同,煤炭是由陆地上繁茂的植物在死亡之后慢慢堆积腐烂形成的。自大约3.6亿年前的石炭纪起,地球表面的陆地形成了茂盛的森林,树木年复一年地生长,将空气中的二氧化碳转化为有机碳。死亡的植物倒伏在地,新的植物继续生长,由于那个时候分解植物的细菌还没有进化完善,草木的残骸会大部分保留下来并一层层堆积碳化。随着地壳运动和火山喷发,森林被深埋地下,慢慢转化为煤。

露天煤矿

根据中石油2019年底公布的数据,到目前为止,全球累计开采出862亿吨石油,全球现有的3万多个油田已经探明的石油还有1900亿吨,可开采储量约1636亿吨,看起来剩的不多。如果按照现在的开采速度,地底下的石油确实用不了多少年就会被抽空。同时我们也要看到,世界上每年都会发现新的油气田,石油储量常常是不降反增。这是为什么呢?

十几亿年来地球表面的碳一直处于不断地循环之中,科学家估计有约1.5亿亿吨元素碳被封存在油母质中,这是目前已经探明石油储量的许多万倍!曾经我们只能开采液体石油和天然气,随着油气生产技术的进步,曾经被认为无利用价值的页岩油和页岩气已经成为主流,未来我们还会发现并开采储量更为丰富的可燃冰资源。

美国井架林立的页岩油田

当然,化石能源再丰富,如果无节制地开采,新产生的煤炭油气跟不上消耗,它也会越来越少,大量碳释放到空气中还造成全球气候变暖,这不可持续。好在人类科学进步突飞猛进,今天我们已经行动起来,从阳光中获取能源,水电、风电与核电占比日渐加大,电驱动汽车火车取代燃油燃煤车成为趋势,人们已经不再单一依赖化石能源。可以预见不远的将来,“化石能源枯竭”将不再是一个被拿出来讨论的话题。

太阳能电站越来越普及